Герметизирующая и гидроизоляционная композиция
Владельцы патента RU 2283334:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолГТУ) (RU)
Производственное предприятие "Спортстрой" (RU)
Изобретение относится к полимерным строительным материалам и может быть использовано для изготовления герметизирующих и гидроизоляционных композиций, перерабатываемых методом заливки. Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава композиции, обладающей повышенными физико-механическими свойствами, а также высокими гидроизоляционными свойствами. Технический результат, заключающийся в повышении физико-механических свойств и гидроизоляционных характеристик покрытия, а также расширении областей применения композиции, достигается тем, что композиция включает полисульфидный олигомер - жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°С - 7,5-50 Па·с, мел гидрофобизированный, пластификатор, диоксид марганца и ускоритель - меркаптобензимидазолят цинка и дополнительно растворитель, представляющий собой смесь толуола и ацетона в соотношении 60:40 мас.% 2 табл.
Изобретение относится к полимерным строительным материалам и может быть использовано для изготовления герметизирующих и гидроизоляционных композиций, перерабатываемых методом заливки.
Известен состав для герметизации и склеивания, включающий жидкий тиокол, натрий двухромово-кислый, воду, наполнитель, эпоксидную смолу, дифенилгуанидин [Аверко-Антонович Л.А. и др. Полисульфидные олигомеры и герметики на их основе. Л.: Химия, 1983, с.75-78].
Недостатками состава является высокое водопоглощение, а также низкая скорость отверждения при комнатной температуре и высокая вязкость.
Известна композиция для герметизации и склеивания, включающая жидкий тиокол, натрий двухромово-кислый, воду, наполнитель, четырехфункциональную эпоксидную смолу и растворитель, являющийся одновременно катализатором отверждения [Патент РФ №2058363, Кл. С 09 К 3/10, опубл.1996].
Недостатком композиции является многостадийность технологии получения, низкая жизнеспособность и высокое водопоглощение.
Известна герметизирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, наполнитель, диоксид марганца, аэросил, дифенилгуанидин, эпоксидную диановую смолу, замедлитель вулканизации, пластификатор [АС СССР №1054397, Кл. С 09 К 3/10, опубл. 1983].
Недостатками композиции являются низкие гидролитическая стабильность, физико-механические свойства и тиксотропность.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является герметизирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, диоксид титана, гидрофобизированный мел, аэросил, полиэтиленгликольадипинат, диокид марганца, стеариновую кислоту, дифенилгуанидин и пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Полисульфидный олигомер | 100 |
| Диоксид титана | 79-81 |
| Гидрофобизированный мел | 16-18 |
| Аэросил | 4,3-4,6 |
| Полиэтиленгликольадипинат | 0,7-1,4 |
| Диоксид марганца | 8,8-14,8 |
| Стеариновая кислота | 0,9-1,5 |
| Дифенилгуанидин | 2,7-4,5 |
| Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров | 9,5-12,5 |
[Патент РФ №2064955, Кл. 6 С 09 К 3/10, опубл. 1996.].
Недостатком данной композиции является недостаточная прочность при растяжении и относительное удлинение, высокое водопоглощение, а также необходимость ступенчатого режима вулканизации (2 стадии).
Использование в составе прототипа и аналогов изобретения таких гидрофильных веществ как аэросил, диоксид титана, полиэфир, смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров в значительной степени снижает гидроизоляционные свойства покрытий. Присущая вулканизатам тиоколов гидрофильность полимерной матрицы и наличие вышеназванных компонентов в композиции обуславливает высокое водопоглощение покрытия. Помимо этого, комплекс свойств материалов на основе полисульфидных олигомеров существенно зависит от топологической структуры вулканизационной сетки, определяемой типом и содержанием окислителя и ускорителя.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава композиции, обладающей повышенными физико-механическими свойствами, а также высокими гидроизоляционными свойствами.
Техническим результатом является повышение физико-механических свойств и гидроизоляционных характеристик покрытия, а также расширение областей применения заявленной композиции.
Поставленный технический результат решается использованием композиции, включающей полисульфидный олигомер, гидрофобизированный мел, пластификатор, диоксид марганца и ускоритель, причем в качестве полисульфидного олигомера она содержит жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°С - 7,5-50 Па·с, в качестве ускорителя она содержит меркаптобензимидазолят цинка и дополнительно растворитель, представляющий собой смесь толуола и ацетона в соотношении 60:40 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Указанный полисульфидный олигомер | 100 |
| Диоксид марганца | 9-15 |
| Мел гидрофобизированный | 90-150 |
| Пластификатор | 30-60 |
| Указанный растворитель | 1-6 |
| Меркаптоимидазолят цинка | 0,2-0,6 |
Сущность изобретения заключается в использовании ускорителя, содержащего атомы азота в виде имидазольного фрагмента, присоединенного к бензольному кольцу в положении - 2,3. При наличии в системе сильного окислителя - диоксида марганца происходят более быстрый распад ускорителя и образование комплексной соли с вулканизующим агентом с последующим присоединением комплекса к сульфогидрильным группам олигомера. В последующем концевой фрагмент диссоциирует с формированием тиоксильного макрорадикала (R-O-So), который способствует образованию регулярной пространственной структуры в полисульфидном полимере, характеризующейся узким молекулярно-массовым распределением межузловых цепей. Регулярность строения обеспечивает более плотную упаковку макромолекул, что влечет за собой уменьшение сорбционной способности вулканизатов и повышение их физико-механических и гидроизоляционных показателей. При осуществлении заявленного изобретения покрытие при длительном контакте с водой в обычных условиях имеет более низкий уровень водопоглощения, высокие физико-механические свойства, высокую гидроизоляционную надежность и адгезию к основанию. Как видно из таблиц 1 и 2 при содержании меркаптобензимидазолята цинка менее 0,2 мас.ч. ухудшаются физико-механические свойства покрытия и гидростабильность покрытия. Увеличение концентрации ускорителя выше 0,6 приводит к снижению жизнеспособности составов. При использовании диоксида марганца в количестве менее 9 мас.ч. уменьшается густота сшивки вулканизата, физико-механические и гидроизоляционные свойства. Использование большего количества вулканизующего агента снижает жизнеспособность композиции.
Увеличение содержания мела выше 150 мас.ч. приводит к снижению прочностных показателей и увеличивает сорбционную способность покрытия.
Использование пластификатора в количестве менее 30 мас.ч. снижает равномерность распределения компонентов состава и затрудняет переработку смесей из-за высокой вязкости. Увеличение содержания пластификатора выше 60 мас.ч. снижает прочностные и гидроизоляционные свойства.
Концентрация растворителя менее 1 мас.ч. ухудшает диспергирование ускорителя в смесь. Увеличение содержания растворителя более 6 мас.ч. приводит к образованию капиллярных пор в покрытии.
В качестве полисульфидного олигомера используются жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 (ГОСТ 12812-80). Вязкость тиоколов при 25°С составляет 7,5-50 Па·с. Вулканизующий агент - диоксид марганца (ГОСТ 4470-79). Ускоритель вулканизации - меркаптобензимидазолят цинка. Цинковую соль меркаптобензимидазола получают взаимодействием 2-меркаптобензимидазола с хлоридом цинка [Химические добавки к полимерам. 2-е изд., перераб. - М.: Химия, 1981. - 264 с.]. Представляет собой белый порошок, растворимый в ароматических и алифатических углеводородах. Плотность меркаптобензимидазолята цинка 1700 кг/м3, температура плавления 300°С. Используется продукт Zinxsalz производства фирмы Baer. Наполнитель - мел гидрофобизированный (ТУ 21-143-84), полученный осаждением водной суспензии в присутствии растительных жирных кислот. В качестве пластификатора используются соединения, совместимые с тиоколовыми олигомерами, например флотореагент-оксаль (ТУ 38 103429-88) и хлорпарафин ХП-470 (ТУ 6-01-16-90). В качестве растворителя используется смесь толуола (ГОСТ 14710-78) и ацетона (ГОСТ 2768-84) в соотношении 60:40 мас.%. Указанное количество толуола и ацетона вследствие благоприятного соотношения скоростей испарения растворителя и формирования пространственной структуры обеспечивает монолитность отвержденного покрытия.
Для изготовления композиции используется смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии компонентов смеси. Смесь наносится равномерным слоем на основание и выдерживается до полного отверждения при 15-25°С в течение 7-10 суток.
Испытания отвержденных образцов проводят по известным методикам: условная прочность и относительное удлинение в момент разрыва по ГОСТ 270-75, твердость по ГОСТ 263-75, водопоглощение по ГОСТ 2678-80, прочность сцепления с бетоном по ГОСТ 265789-85, время жизнеспособности по ГОСТ 12812-80. Реологические свойства композиций определялись на ротационном вискозиметре «РПЭ-1 м» при скорости сдвига 1 с-1 с использованием измерительной ячейки «цилиндр-цилиндр» при (23±2°С). Плотность эффективных и химических поперечных связей определяли методом Клаффа-Глединга по модулю сжатия набухших и ненабухших образцов [GluffF.S., Gladding M.K., Parisor R.A new method for measuring the degree ofcrosslinking in elastomers. - J.Polim.Sci. 1960. v.45. № e. - p.341-345].
Состав и свойства герметизирующей и гидроизоляционной композиции приведены в табл.1 и 2.
| Таблица 1. | |||||||||
| Компоненты композиции | Содержание компонентов в композиции, мас.ч. по примерам | Прототип | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Полисульфидный олигомер | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Диоксид титана | - | - | - | - | - | - | - | - | 80 |
| Мел гидрофобизированный | 90 | 110 | 130 | 150 | 70 | 70 | 170 | 170 | 17 |
| Аэросил | - | - | - | - | - | - | - | - | 4,5 |
| Полиэфир | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,0 |
| Диоксид марганца | 9 | 11 | 13 | 15 | 7 | 17 | 7 | 9 | 11,8 |
| Стеариновая кислота | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,2 |
| Дифенилгуанидин | - | - | - | - | - | - | - | - | 3,6 |
| Меркаптобензимидазолят цинка | 0,2 | 0,4 | 0,4 | 0,6 | 0,1 | 0,6 | 0,4 | 0,8 | - |
| Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров | 11 | ||||||||
| Флотореагент-оксаль | - | - | 50 | 60 | 20 | - | 40 | - | - |
| Хлорпарафин ХП-470 | 30 | 40 | - | - | - | 80 | - | 80 | - |
| Растворитель | 1 | 2 | 4 | 6 | 0,5 | 5 | 10 | 8 | - |
| Таблица 2. | |||||||||
| Показатель | Пример | Прототип | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Вязкость (23±2°С), Па·с | 196 | 196 | 196 | 200 | 190 | 186 | 200 | 200 | 172 |
| Жизнеспособность, мин | 120 | 110 | 110 | 110 | 130 | 105 | 110 | 100 | 110 |
| Твердость по Шору А, усл.ед. | 56 | 58 | 58 | 60 | 54 | 60 | 56 | 60 | 54 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 2,31 | 2,44 | 2,43 | 2,52 | 2,01 | 2,45 | 2,27 | 2,37 | 1,14 |
| Относительное удлинение, % | 320 | 330 | 330 | 330 | 350 | 340 | 310 | 320 | 310 |
| Относительное остаточное удлинение после разрыва, % | 4 | 4 | 4 | 4 | 6 | 4 | 4 | 5 | 6 |
| Условная прочность при раздире, кН/м | 1,331 | 1,334 | 1,341 | 1,345 | 1,201 | 1,340 | 1,331 | 1,335 | 1,210 |
| Прочность сцепления с бетоном, МПа | 0,64 | 0,64 | 0,64 | 0,65 | 0,62 | 0,64 | 0.63 | 0,64 | 0,61 |
| Водопоглощение, мас.% При 23+2°С | |||||||||
| Через 1 сут | 1,41 | 1,42 | 1,4 | 1,4 | 2,3 | 1,4 | 1,5 | 1,5 | 2,6 |
| Через 120 сут | 17,1 | 17,1 | 17,1 | 17,1 | 18 | 17,1 | 17,4 | 17,2 | 25,2 |
| Плотность эффективных цепей υ*104, моль/см3 | 2,3 | 2,4 | 2,4 | 2,3 | 2,0 | 2,2 | 2,2 | 2,2 | 1,80 |
Пример 1. В шаровую мельницу объемом 500 см3 загружают 100 г полисульфидного олигомера, 30 г пластификатора (в данном примере хлорпарафин ХП-470), 90 г мела гидрофобизированного и 0,2 г меркаптобензимидазолята цинка, предварительно растворенного в 1 г растворителя. Мельницу включают и проводят диспергирование в течение 3-5 часов. Полученную массу выгружают в стакан, добавляют 9 г диоксида марганца, перемешивают вручную в течение 5 мин, затем заливают в форму. Композицию выдерживают до полного отверждения в течение 7-10 суток при 25°С.
Аналогичным способом по примеру 1 готовятся композиции по примерам 2-8, состав которых указан в таблице 1, а свойства - в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, наилучшие показатели имеют композиции состава по примерам 1-4.
Пример по прототипу. 100 мас.ч. полисульфидного олигомера смешивают с 79 мас.ч. диоксида титана, с 16 мас.ч. гидрофобизированного мела, с 4,3 мас.ч. аэросила, с 0,7 мас.ч. полиэтиленгликольадипината, с 8,8 мас.ч. диоксида марганца, с 0,9 мас.ч. стеариновой кислоты, с 2,7 мас.ч. дифенилгуанидина и 9,5 мас.ч. диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров при комнатной температуре до образования однородной массы. Вулканизацию проводят в две стадии: при 20°С 24 часа и 70°С 24 часа.
Таким образом, предлагаемая композиция обеспечивает получение эластомерного материала с повышенными гидроизоляционными и физико-механическими свойствами. Композиция может использоваться для создания герметизирующих, гидроизолирующих и кровельных покрытий. Достаточная тиксотропность состава и свойства покрытия позволяют применять композицию для герметизации вертикальных примыканий бетонных оснований.
Герметизирующая и гидроизолирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, мел гидрофобизированный, пластификатор, диоксид марганца и ускоритель, отличающаяся тем, что в качестве полисульфидного олигомера она содержит жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°С 7,5-50 Па·с, в качестве ускорителя она содержит меркаптобензимидазолят цинка и дополнительно растворитель, представляющий собой смесь толуола и ацетона в соотношении 60:40 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Указанный полисульфидный олигомер | 100 |
| Диоксид марганца | 9-15 |
| Мел гидрофобизированный | 90-150 |
| Пластификатор | 30-60 |
| Указанный органический растворитель | 1-6 |
| Меркаптобензимидазолят цинка | 0,2-0,6 |
